基于“二氧化硫”实验教学对发展化学学科核心素养的思考
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[摘 要]课堂实验教学是科学、直观、有效，同时也是学生感兴趣的，能有效培养学生化学学科核心素养的教学方式。它可以通过知识技能的迁移应用，在实验中融入探究思维和绿色化学思想，利用实验中的“意外”、符号表征等途径促进学生化学学科核心素养的发展。
[关键词]实验教学;化学学科核心素养;二氧化硫
[中图分类号] G633.8 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2019）08-0066-02
化学学科核心素养是学生发展核心素养的重要组成部分，是学生通过化学学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力[1]。实验是化学学科的核心和灵魂，把实验的魅力展现出来，让学生全程参与，则落实核心素养并非难事。化学最吸引学生的地方就是实验，在课堂教学中充分利用实验，不仅可以提高学生的学习兴趣，还可以让学生在享受“实验大餐”的过程中，逐步形成化学学科思维，让化学学科核心素养慢慢渗透学生的身心。在反思“二氧化硫”实验教学实践中存在的若干问题的基础上，笔者对如何基于实验发展学生的化学学科核心素养进行了探索。
一、以知识技能的迁移应用促进“证据推理与模型认知”素养的发展
知识技能是进行实验的基础，也是培养学生化学学科核心素养的载体。所有新知识的学习都是在原有知识的基础上进行的，只有原有的知识技能得到了充分的迁移和应用，思维才能得到锤炼，学生的核心素养才能更好地落实。本节课在学生原有CO2的知识体系下对SO2进行学习，通过设置探究性实验让学生利用知识技能的迁移应用来学习新知识，不但知识技能得到夯实和积累，而且“证据推理与模型认知”素养也悄然得到发展。
教师通过问题引导学生回顾CO2溶于水的实验，再结合SO2的毒性解决实验操作的安全性问题，师生共同总结出探究SO2水溶性的实验方法：（1）将装满SO2的试管倒置于水槽中;（2）将装满SO2的矿泉水瓶加水密封，振荡。经过这样的实验探究，学生不仅深刻认识了SO2的水溶性，而且也明确了气体水溶性探究的本质：气体溶于水导致容器内气压减小，在大气压作用下试管（或导管）内水位上升或矿泉水瓶变瘪，构建了实验探究气体水溶性的认知模型，培养了学生的“证据推理与模型认知”素养。
二、实验探究思维融入教学促进“科学探究”素养的发展
实验探究思维是化学学科思想和方法的重要组成部分，是培养化学学科核心素养的关键。帮助学生形成实验探究思维的方式是把实验探究思维融入课堂教学中，让学生时刻处于对探究环节的反思和调控之中，能在学习某一种物质的性质时自然而然地生成问题，并解决问题。如在“二氧化硫”实验中，学生通常会生成以下问题：（1）可通过什么实验证明该物质具有这个性质？（2）此反应符合什么反应原理？（3）实验中要用到哪些药品？操作中应该注意什么问题？（4）实验将出现什么现象？出现意外该如何处理？（5）实验的结论是什么？（6）如何用化学方程式表示上述反应？学生能生成这样的思维过程，化学实验的功能得到了充分的体现，实验的最终目的也已达到，发展“科学探究”素养水到渠成。
三、绿色化学思想融入教学促进“科学态度与社会责任”素养的发展
绿色代表着节约、安全和环保，要让学生形成这样的“绿色”意识，可让学生通过“绿色化学实验”充分感受节约、安全和环保的重要性。绿色化学思想融入课堂实验的具体表现是实验的微型化、易操作化、安全化和环保化。“二氧化硫”的实验首先要考虑实验的安全和环保，其次还要考虑SO2性质的多样性，能否同时进行多个实验以减少药品的用量，最后还要考虑实验操作的方便性。在经过师生充分讨论总结的基础上，教师投影展示实验方案：（1）在6孔井穴板中分别加入1 滴管的酸性高锰酸钾溶液、溴水、Na2S 溶液、品红溶液、未知溶液和少量Na2SO3固体;（2）把装好药品的井穴板小心放入密封型塑料袋，把吸管中的硫酸注入Na2SO3固体孔穴后立即密封塑料袋;（3）观察并记录实验现象。通过这样的思维探究和动手实验，学生深刻认识了SO2的还原性和氧化性，充分感受了节约、安全和环保的绿色化学思想。这样的实验探究对学生来说，既是知识技能的应用和积累，也是思维的锻炼和提升;既是绿色化学思想的浇灌，更是“科学态度与社会责任”素养的生根发芽。
四、以实验中的“意外”促进“创新意识”素养的发展
长期以来学生创新意识的培养一直都是教学难点中的难点，但这个难点在实验的帮助下也是可以轻松突破的。在实验探究过程中，当学生对实验出现的“意外”产生疑问时，学生需要发散思维以寻求解决方案，创新意识也就生成了。例如，在SO2的氧化性、还原性和漂白性的探究实验中，学生会发现一个“意外”情况并产生疑问：实验中额外加入的未知溶液是什么？当教师告知未知溶液是碘水时，学生又会产生另外的问题：碘水在实验中起到什么作用？用到SO2的还原性还是氧化性或者是漂白性？教师引导学生对这些问题进行分析和探究。经历了实验中“意外”的发现、问题的产生、实验的预测和假设、实验方案的设计、实验验证一系列过程，学生的思维得到了锻炼和提升，对SO2的氧化性、还原性的认识又上升了一个台阶，也由此培养了学生的“创新意识”素养。
五、符号表征促进“宏观辨识与微观探析”素养的发展
中学阶段的实验绝大部分属于定性实验，若实验只停留在定性阶段，学生在学习上的进步是比较慢的。没有学习上的进步，化学学科核心素养的发展也就成了空头支票。只有实验从定性阶段迈入定量阶段，再经历量变引起质变的过程，才能更好地促进学生化学学科核心素养的发展。化学实验的定量阶段是在实验反思环节中进行的，让学生在“宏观——微观——符号”的三重表征中逐步过渡，既可提升实验反思水平，也能促进“宏观辨识与微观探析”素养的发展。宏观表征是人类感知器官可以直接感知到的物质及其性质;而微观表征是微粒组成结构、相互作用及变化等微观属性在学习者头脑中的反映;符号表征是指化学式、化学方程式等符號形式在学习者头脑中的反映[2]。
在“二氧化硫”的实验教学中，经过教师引导和学生的思考与讨论，学生可以知道反应物是SO2 、Br2 和H2O，产物是Br- 离子、SO42-离子和H+ 离子，再通过观察法或化合价升降法就可以把方程式配平。在这个过程中，学生经历了从宏观表征——现象、性质（褪色、SO2具有还原性），到微观表征——微粒间相互作用与变化（Br2变成Br- 离子、SO2变成SO42- 离子），再到符号表征—— 化学方程式（SO2 + Br2 + 2H2O = 2Br- + SO42- + 4H+ ）的过程。符号表征不仅可以提升实验反思水平，更是促进学生“宏观辨识与微观探析”素养发展的有效方法。
综上可知，实验是化学学科的核心与灵魂，以课堂实验作为出发点促进学生化学学科核心素养的发展，是科学、直观、有效且学生感兴趣的教学方式。引导实验探究的思维循环过程是形成学科核心素养的前提条件，因为核心素养的提升不只是知识技能的积累，还包括通过实验探究的思维循环过程形成正确的价值观念、必备品格和关键能力。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.
[2] 耿亚萍.基于PDE、三重表征和SOLD分类理论的教学研究[J].中学化学教学参考，2017（1-2）：8-11.
（责任编辑 罗 艳）
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